科学家模仿蜘蛛吐丝发明仿生纺丝技术制备出多功能柔性导电纤维

摘要：

功能性柔软可拉伸纤维材料在生物医疗器械、软体机器人等领域有着广泛的应用需求。目前的纤维制备技术包括干/湿法纺丝、电纺、微流控纺丝、热拉伸和直接打印等方法，但这些方法均存在一定不足，包括制备过程复杂、能源消耗高、溶剂使用量大、经济成本高等问题。自然界中，蜘蛛、蚕等可在温和条件下吐出长丝并根据环境改变而调控其性质，其制备过程非常高效和简洁。受此启发，新加坡国立大学Swee Ching TAN、吉林大学朱有亮等团队合作，报道了一种模仿蜘蛛吐丝过程的常温常压自发相分离纺丝技术（PSEA）。该方法无需额外加热、紫外固化或凝固浴等条件，获得的功能性软纤维具有足够的强度（超过6 MPa）、柔软性和可伸缩性（应变超过500%），同时兼具优异导电性（约1.82 S m−1)和多模态感应能力，可以广泛应用于智能织物等可穿戴电子产品。这一创新制备方法为生产多种功能集成的柔性纤维材料提供了高效低成本解决方案，该研究成果有望为纤维电子学领域的材料开发和创新应用开辟新的途径。该论文以“Biomimetic spinning of soft functional fibres via spontaneous phase separation”为题发表在Nature Electronics期刊上。

通常，将不同功能（如柔软性、可伸缩性和电导性）集成到一维纤维中对于合成材料来说是一个两难问题：因为大多数柔软软可拉伸材料不具有本征导电性，而导电材料难以制成高度可拉伸的纤维材料。现有技术或方法涉及复杂制造工艺或多个后处理步骤（例如预应变工程、导电填料嵌入、表面涂覆等）。通过“一步法”工艺实现了多功能柔性纤维的低成本制备，能耗极低且溶剂使用量少，为纤维和织物电子器件提供了一种可持续发展路径。利用空气中水分子诱导前驱体纤维自发产生非溶剂蒸汽诱导相分离（NVIPS）效应，进而实现了常温常压下（70-75%相对湿度、~25℃、一个大气压）由纺丝液到固体纤维的相转变。所获得的功能性纤维具有优异的可伸展性、强度和导电性，可广泛应用于可穿戴纤维织物电子领域。

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1.模仿蜘蛛吐丝，科学家发明仿生纺丝技术，“一步法”制备出多功能柔性导电纤维